Il ruolo della RETE nel e-vlbi e in SKA. Mauro Nanni (INAF Ist. Radioastronomia))

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1 Il ruolo della RETE nel e-vlbi e in SKA Mauro Nanni (INAF Ist. Radioastronomia))

2 La sfida dell Astrofisica : Studio di fenomeni distanti miloni di anni luce Segnali Deboli e Confusi

3 Piu deboli i segnali: piu grandi gli strumenti per osservarli SRT LBT

4 La Sensibilità = capacità di rivelare segnali deboli. Aumenta con la superficie di raccolta e proporzionale a D 2 (D = Diametro). GEANT (Cina) : 500m di diametro (In costruzione)

5 Risoluzione = Capacità di distinguere oggetti vicini tra loro. Aumenta con D/λ (λ = Lunghezza d onda) I segnali radio hanno lunghezze d'onda milioni di volte maggiore della luce visibile Stessa risoluzione Arecibo 306m 1.42 GHz λ = 21 centimetri Binocolo 5cm 500 THz λ = 0.6 micron

6 Per aumentare la risoluzione e necessario aumentare il diametro Diametro Combinando in fase (correlando) i segnali delle singole parabole si ottiene un diametro pari alla massima distanza tra le antenne

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8 Collegamento digitale di antenne distanti migliaia di chilometri Campionare il segnale ricevuto da ogni antenna (>256 Mby/s) Introdurre dei marcatempo di alta precisione (micosec) Trasportare i dati registrati in un centro Sincronizzare le differenti osservazioni Il Correlatore un supercomputer dedicato alla sincronizzazione dei dati

9 Aspetti Organizzativi e tecnici Risoluzione problemi logistici del trasporto nastri/dischi Riduzione tempi di attesa (da mesi a ore/giorni) Feed-back tecnico immediato delle osservazioni Incremento sensibilita con velocita (sqrt [larghezza banda] ) Riduzione costi di esercizio Opportunita Scientifiche Correlazione in real-time Monitoraggio fenomeni evolutivi rapidi Targhet of Opportunity

10 Possibilita di realizzare reti per esperimenti ad hoc + + Esperimenti con antenne in Polonia, Spagna, SudAfrica, Corea, Giappone Correlatore VLBI-IT

11 Problematiche di rete Collegamento di ultimo miglio Abbattimenti di banda dati da meccanismi anticongestione Abbandono del TCP a favore di una variante del UDP Record/frames originali di Byte Necessita di un nuovo formati di trasmissione (VDIF) Aspetti organizzativi Convertitori analogico/digitali con output su rete a 10G Adeguamenti di strutture di diversi Enti e Paesi

12 Caratteristiche di utilizzo: Flussi di dati 1-4 Gbit/s per antenna Tipica durata di un singolo esperimento 12 ore EVN: dati prodotti per un esperimento 100 TBy EVN: dati ricevuti in un run osservativo (20 day) 1PBy Nessuna conservazione /riutilizzo dei dati raw I dati ridotti forniti all utente sono dell ordine di alcuni Gby La RETE nelle osservazioni VLBI oggi costituisce parte dello strumento, va a sostituire i cavi coassiali dei piccoli interferometri.

13 Pregi e limiti del VLBI Dal punto di vista astronomico il VLBI si caratterizza per: Ottima risoluzione : millesimi di secondi d arco Scarsa sensibilita : Superficie complessiva delle antenne mq Realizzate nella zona piu rumorosa del mondo Operanti solo alle alte frequenze (300MHz-100GHz)

14 Un radiotelescopio con una superficie di un kilometro quadrato realizzato in regioni remote libere da interferenze radio. SKA1-LOW: Basse frequenze ( MHz) Fenomeni cosmologici evolutivi Dark-matter Dark-energy SKA1-MID: Alte frequenze (350MHz 14GHz) Pulsar Buchi neri Onde Gravitaazionali Presenza di vita nell universo Partecipanti: Australia, Canada, Cina, India, Italia, Nuova Zelanda, Olanda Sud Africa, Svezia, Regno Unito (Giappone, Germania, Malta, Spagna, Portogallo)

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16 Le zone piu remote del pianeta West - Australia Sud Africa

17 Australia-SKA1-LOW Dipoli disposti sul terreno superficie di raccolta mq Organizzati in isole e collegati a in fibra ai centro di riduzioni dati Costruzione a partire dal 2018

18 Attualmente si stanno effettuando test con i Precursori ( MWA ) di SKA E verificando le infrastrutture logistiche

19 Sud Africa - SKA1-MID: Sara realizzato con 200 parabole del diametro di 12 metri ed avra una superficie di raccolta di circa mq.

20 Osservazione simultanea di piu campi (Multi Beam) e a piu frequenze Segnali radio analogici acquisiti da gruppi di antenne saranno campionati e salvati come dati digitali Ritardi inseriti nella fase di correlazione permettono di puntare elettronicamente il telescopio nelle differenti zone di cielo. Correlazioni in parallelo con differenti ritardi permettono di osservare a piena risoluzione piu zone di cielo simultaneamente.

21 Area osservata dalle antenne (d = alcuni primi d arco) correlazione (d = milliarcsec)

22 Osservazione simultanea di piu campi (Multi Beam) e a piu frequenze Segnali radio analogici acquisiti da gruppi di antenne saranno campionati e salvati come dati digitali Ritardi inseriti nella fase di correlazione permettono di puntare elettronicamente il telescopio nelle differenti zone di cielo. Correlazioni in parallelo con differenti ritardi permettono di osservare a piena risoluzione piu zone di cielo simultaneamente. Il numero di beam e di frequenze elaborabili simultaneamente e limitato dalla potenza di calcolo Potenza calcolo stimata: 100 Petaflops Cineca 20 Petaflop 2017

23 Numerosi stati europei si stanno impegnando a costruire un radiotelescopio dall altra parte del mondo. Si dovra considerare come utilizzare i dati prodotti. L elaborazione locale: I dati L elaborazione in loco sara molto ridotta Dovra limitare richieste energetiche e rumore elettromagnetico I dati raw utili sono stimati tra i 50 e i 300 PetaBy/anno Che equivalgono a TeraBy/giorno Che significa un flusso ininterrotto da Gbit/sec.

24 Considerando di salvare tutti i dati prodotti in almeno 5 SKA Scientific Data Center in Europa (di cui uno in Italia) Rete : Su GEANT dalle reti internazionali flusso medio di Gbit/s Su GARR un flusso medio di 3-20 Gbit/s Storage per ogni Data Center I dati conservati on-line per almeno un mese (1-5 PetaByte) I dati conservati off-line per almeno 12 anni (1-6 ExaByte)

25 Le ragioni di conservare i dati raw per tempi cosi lunghi? Il calcolo per elaborare un singolo beam su sistemi HPC sono lunghi (ore giorni). Diversi beam possono essere elaborati su differenti sistemi in parallelo. I dati raw non contengono solo le informazioni dell area per cui e stata richiesta l osservazione. Ulteriori aree possono essere riosservate al verificarsi di un fenomeni inattesi. Sistema di vigilanza per scoprire gli autori dei fenomeni non prevedibili (supernove, gammaray-burst, onde gravitazionali)

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27 Conclusioni Nel VLBI: La Rete internazionale e diventata parte costitutiva del radiotelescopio e supporta un traffico di 1-4Gbit/s per antenna ma solo durante le osservazioni. In SKA: La rete internazionale sara chiamata a trasferire i dati dai radiotelescopi verso i Data Center con un traffico continuo dell ordine di Gbit/s. Lo Storage impegnera gran parte delle risorse economiche dei Data Center e presenta criticita da approfondire. L organizzazione ricalchera il modello CERN articolato su Tier-1,Tier-2 per l elaborazione. Comportera un traffico non continuativo su reti ad almeno 100Gbit/s.

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